(57)【要約】  アンテナと送受信回路との間での送信系と受信系の両者の最適化を行えるようにした、無線通信装置のフロントエンド回路を構成する。  第１のサーキュレータ（ＣＩＲ１）、第２のサーキュレータ（ＣＩＲ２）、第１の伝送線路（ＴＬ１）、第２の伝送線路（ＴＬ２）によって、送受信回路（４０）から出力される送信信号は第１の伝送線路（ＴＬ１）を経由してアンテナ（２０）へ伝搬し、アンテナ（２０）から出力される受信信号は第２の伝送線路（ＴＬ２）を経由して送受信回路（４０）へ伝搬する。第１の伝送線路（ＴＬ１）には送信系の高周波回路（ＨＦＣ１）を備え、第２の伝送線路（ＴＬ２）には受信系の高周波回路（ＨＦＣ２）を備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナと送受信回路との間に設けられるフロントエンド回路であって、
第１のポートに送受信回路が入力され、第２のポートに第１の伝送線路の第１の端部が接続され、第３のポートに第２の伝送線路の第１の端部が接続され、第１のポートから第２のポートへ送信信号が伝搬され、第３のポートから第１のポートへ受信信号が伝搬される第１のサーキュレータと、
第１のポートに前記第１の伝送線路の第２の端部が接続され、第２のポートにアンテナが接続され、第３のポートに前記第２の伝送線路の第２の端部が接続され、第１のポートから第２のポートへ送信信号が伝搬され、第２のポートから第３のポートへ受信信号が伝搬される第２のサーキュレータと、
前記第１の伝送線路又は前記第２の伝送線路の少なくとも何れか一方に高周波回路を備えた無線通信装置のフロントエンド回路。
【請求項２】
前記高周波回路は少なくとも増幅回路を含む回路である、請求項１に記載の無線通信装置のフロントエンド回路。
【請求項３】
前記高周波回路は少なくとも整合回路を含む回路である、請求項１又は２に記載の無線通信装置のフロントエンド回路。
【請求項４】
前記高周波回路は少なくとも移相回路を含む回路である、請求項１乃至３の何れかに記載の無線通信装置のフロントエンド回路。
【請求項５】
前記第２の伝送線路に設けられた前記高周波回路は、少なくとも静電気放電保護素子又はノイズ除去素子を含む、請求項１乃至４の何れかに記載の無線通信装置のフロントエンド回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信装置のアンテナと送受信回路との間に設けられるフロントエンド回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、無線通信装置のアンテナと送受信回路との間には、送信信号の電力増幅、出力制御、受信信号の信号増幅などの、送受信のための各種フロントエンド回路が備えられている。
例えば、特許文献１には、無線通信装置のアンテナと送信回路との間に設けられる回路において、信号の経路を切り替えるようにした回路が開示されている。
図１は、特許文献１に示されている携帯電話端末に設けられる送信出力可変装置のブロック図である。図１において、高周波信号発振器１１は送信すべき信号を発生し、変調器１２は送信信号を無線通信に適した信号に変調し、可変利得増幅器１３は送信出力を可変制御する。前段の高周波切換スイッチ１４は送信出力を予め定めたしきい値を基準にバイパスさせるか否かを切り換える。電力増幅器１５は送信出力を増幅し、後段の高周波切換スイッチ１６は前段の高周波切換スイッチ１４と連動してスイッチ動作を行なう。バイパス線路１７は前後段の高周波切換スイッチ１４、１６に接続されている。アンテナ共用器１８はアンテナ１９への送信出力とアンテナ１９からの受信入力を振り分ける。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１４８８５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、無線通信装置のアンテナと送受信回路との間に設けられるフロントエンド回路において、送信系と受信系の回路を個別に最適化することが望ましいが、特許文献１に示されている送信出力可変装置は送信信号について送信電力の調整がなされるが、受信信号については考慮されていない。すなわち、送信系と受信系の特性を個々に最適化することは出来ず、送信系と受信系の双方の特性のバランスがとれるように適度な条件を選択する、といった方法で調整せざるを得なかった。【０００５】
本発明の目的は、アンテナと送受信回路との間での送信系と受信系の双方の最適化を行えるようにした、無線通信装置のフロントエンド回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明の無線通信装置のフロントエンド回路は次のように構成する。
アンテナと送受信回路との間に設けられるフロントエンド回路であって、
第１のポートに送受信回路が入力され、第２のポートに第１の伝送線路の第１の端部が接続され、第３のポートに第２の伝送線路の第１の端部が接続され、第１のポートから第２のポートへ送信信号が伝搬され、第３のポートから第１のポートへ受信信号が伝搬される第１のサーキュレータと、
第１のポートに前記第１の伝送線路の第２の端部が接続され、第２のポートにアンテナが接続され、第３のポートに前記第２の伝送線路の第２の端部が接続され、第１のポートから第２のポートへ送信信号が伝搬され、第２のポートから第３のポートへ受信信号が伝搬される第２のサーキュレータと、
前記第１の伝送線路又は前記第２の伝送線路の少なくとも何れか一方に高周波回路を備える。【０００７】
前記高周波回路は、例えば増幅回路又は増幅回路を含む回路である。
前記高周波回路は、例えば整合回路又は整合回路を含む回路である。
前記高周波回路は、例えば移相回路又は移相回路を含む回路である。
前記第２の伝送線路（受信信号の伝送線路）に挿入された前記高周波回路は、例えば静電気放電保護素子又はノイズ除去素子を含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、送信系と受信系を独立してアンテナに整合させることができるため、所定の利得を得るために要するアンテナのサイズが小さくなる。【０００９】
また、送信系と受信系の双方を最適化できるので、アンテナ設計に要するパワーが削減され、そのため開発期間が短縮化でき、低コスト化できる。【００１０】
また、要求されるアンテナ性能が緩和されるため、アンテナに必要とするスペースが小さくて済み、無線通信装置のデザインの自由度が向上する。すなわちアンテナ性能と無線通信装置の意匠とを切り離した構造設計が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】特許文献１に示されている携帯電話端末に設けられた送信出力可変装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）はそれぞれ第１の実施形態に係るフロントエンド回路を備えた無線通信装置のブロック図である。
【図３】図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）はそれぞれ第２の実施形態に係るフロントエンド回路を備えた無線通信装置のブロック図である。
【図４】図４（Ａ）、図４（Ｂ）はそれぞれ第３の実施形態に係るフロントエンド回路を備えた無線通信装置のブロック図である。
【図５】図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示したフロントエンド回路３３Ａ，３３Ｂを含めたアンテナのリターンロス特性を示す図である。
【図６】図６（Ａ）、図６（Ｂ）はそれぞれ第４の実施形態に係るフロントエンド回路を備えた無線通信装置のブロック図である。
【図７】第５の実施形態に係るフロントエンド回路を備えた無線通信装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
《第１の実施形態》
第１の実施形態に係る、無線通信装置のフロントエンド回路について図２を参照して説明する。図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）はそれぞれ第１の実施形態に係るフロントエンド回路を備えた無線通信装置のブロック図である。
【００１３】
図２（Ａ）に示される無線通信装置は、アンテナ２０、フロントエンド回路３１Ａ、及び送受信回路４０を備えている。フロントエンド回路３１Ａは、第１のサーキュレータＣＩＲ１、第２のサーキュレータＣＩＲ２、第１の伝送線路ＴＬ１、第２の伝送線路ＴＬ２、第１の高周波回路ＨＦＣ１、及び第２の高周波回路ＨＦＣ２を備えている。
【００１４】
第１のサーキュレータＣＩＲ１は、その第１のポートＰ１に送受信回路４０が入力されていて、第２のポートＰ２に第１の伝送線路ＴＬ１の第１の端部が接続されていて、第３のポートＰ３に第２の伝送線路ＴＬ２の第１の端部が接続されている。第１のサーキュレータＣＩＲ１の第１のポートＰ１から第２のポートＰ２へ送信信号が伝搬され、第３のポートＰ３から第１のポートＰ１へ受信信号が伝搬される。
【００１５】
第２のサーキュレータＣＩＲ２は、その第１のポートＰ１に第１の伝送線路ＴＬ１の第２の端部が接続されていて、第２のポートＰ２にアンテナ２０が接続されていて、第３のポートＰ３に第２の伝送線路ＴＬ２の第２の端部が接続されている。この第２のサーキュレータＣＩＲ２の第１のポートＰ１から第２のポートＰ２へ送信信号が伝搬され、第２のポートＰ２から第３のポートＰ３へ受信信号が伝搬される。
【００１６】
上記第１のサーキュレータＣＩＲ１、第２のサーキュレータＣＩＲ２、第１の伝送線路ＴＬ１、第２の伝送線路ＴＬ２によって、送受信回路４０から出力される送信信号は第１のサーキュレータＣＩＲ１の第１のポートＰ１→第２のポートＰ２→第１の伝送線路ＴＬ１（→第１の高周波回路ＨＦＣ１）→第２のサーキュレータＣＩＲ２の第１のポートＰ１→第２のポートＰ２→アンテナ２０の経路で伝搬する。また、アンテナ２０から出力される受信信号は第２のサーキュレータＣＩＲ２の第２のポートＰ２→第３のポートＰ３→第２の伝送線路ＴＬ２（→第２の高周波回路ＨＦＣ２）→第１のサーキュレータＣＩＲ１の第３のポートＰ３→第１のポートＰ１→送受信回路４０の経路で伝搬する。
【００１７】
したがって、送信信号は第１の伝送線路ＴＬ１を伝搬し、受信信号は第２の伝送線路ＴＬ２を伝搬する。第１の伝送線路ＴＬ１に備えられている第１の高周波回路ＨＦＣ１は送信信号に対して作用する回路、第２の伝送線路ＴＬ２に備えられている第２の高周波回路ＨＦＣ２は受信信号に対して作用する回路である。
【００１８】
このようにして、送信信号が伝搬する第１の伝送線路ＴＬ１と受信信号が伝搬する第２の伝送線路ＴＬ２とが独立しているので、送信系と受信系の双方を最適化できる。すなわち、送受信回路４０、第１の伝送線路ＴＬ１、及びアンテナ２０による送信系と、アンテナ２０、第２の伝送線路ＴＬ２、及び送受信回路４０による受信系とを個別に設計・調整できる。
【００１９】
第１の高周波回路ＨＦＣ１、第２の高周波回路ＨＦＣ２の具体的な構成例は第２の実施形態以降の各実施形態で示す。
【００２０】
図２（Ｂ）に示すフロントエンド回路３１Ｂには、受信信号が伝搬する第２の伝送線路ＴＬ２に特別な高周波回路を設けず、送信信号が伝搬する第１の伝送線路ＴＬ１に第１の高周波回路ＨＦＣ１を設けている。
【００２１】
図２（Ｃ）に示すフロントエンド回路３１Ｃには、送信信号が伝搬する第１の伝送線路ＴＬ１に特別な高周波回路を設けず、受信信号が伝搬する第２の伝送線路ＴＬ２に第２の高周波回路ＨＦＣ２を設けている。
【００２２】
このように、第１の伝送線路ＴＬ１と第２の伝送線路ＴＬ２の何れか一方にのみ高周波回路を設けてもよい。
【００２３】
《第２の実施形態》
第２の実施形態に係る、無線通信装置のフロントエンド回路について図３を参照して説明する。図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）はそれぞれ第２の実施形態に係るフロントエンド回路を備えた無線通信装置のブロック図である。
【００２４】
図３（Ａ）に示される無線通信装置は、アンテナ２０、フロントエンド回路３２Ａ、及び送受信回路４０を備えている。フロントエンド回路３２Ａは、第１のサーキュレータＣＩＲ１、第２のサーキュレータＣＩＲ２、第１の伝送線路ＴＬ１、及び第２の伝送線路ＴＬ２を備えている。
【００２５】
送受信回路４０から出力される送信信号は第１のサーキュレータＣＩＲ１の第１のポートＰ１→第２のポートＰ２→第１の伝送線路ＴＬ１（→パワーアンプＰＡ）→第２のサーキュレータＣＩＲ２の第１のポートＰ１→第２のポートＰ２→アンテナ２０の経路で伝搬する。また、アンテナ２０から出力される受信信号は第２のサーキュレータＣＩＲ２の第２のポートＰ２→第３のポートＰ３→第２の伝送線路ＴＬ２（→ローノイズアンプＬＮＡ）→第１のサーキュレータＣＩＲ１の第３のポートＰ３→第１のポートＰ１→送受信回路４０の経路で伝搬する。
【００２６】
この第２の実施形態は、第１の実施形態で図２に示した第１の高周波回路ＨＦＣ１及び第２の高周波回路ＨＦＣ２の具体例を示すものである。
図３（Ａ）の例では、第１の伝送線路ＴＬ１にパワーアンプＰＡが備えられていて、第２の伝送線路ＴＬ２にローノイズアンプＬＮＡが備えられている。前記パワーアンプＰＡは送受信回路４０から出力された送信信号を電力増幅する。第２のサーキュレータＣＩＲ２は反射信号がパワーアンプＰＡに戻らないようにして、パワーアンプＰＡの動作を安定させる。また、ローノイズアンプＬＮＡは、アンテナ２０に近い位置で受信信号を増幅することによって高ＳＮ比の受信信号を送受信回路４０へ出力する。
【００２７】
図３（Ｂ）に示すフロントエンド回路３２Ｂには、受信信号が伝搬する第２の伝送線路ＴＬ２に特別な高周波回路を設けず、送信信号が伝搬する第１の伝送線路ＴＬ１にパワーアンプＰＡを設けている。
【００２８】
図３（Ｃ）に示すフロントエンド回路３２Ｃには、送信信号が伝搬する第１の伝送線路ＴＬ１に特別な高周波回路を設けず、受信信号が伝搬する第２の伝送線路ＴＬ２にローノイズアンプＬＮＡを設けている。
【００２９】
このように、第１の伝送線路ＴＬ１と第２の伝送線路ＴＬ２の何れか一方にのみ増幅回路を設けてもよい。
【００３０】
《第３の実施形態》
第３の実施形態に係る、無線通信装置のフロントエンド回路について図４を参照して説明する。図４（Ａ）、図４（Ｂ）はそれぞれ第３の実施形態に係るフロントエンド回路を備えた無線通信装置のブロック図である。
【００３１】
図４（Ａ）に示される無線通信装置は、アンテナ２０、フロントエンド回路３３Ａ、及び送受信回路４０を備えている。図４（Ｂ）に示される無線通信装置は、アンテナ２０、フロントエンド回路３３Ｂ、及び送受信回路４０を備えている。フロントエンド回路３３Ａ，３３Ｂの何れも、第１のサーキュレータＣＩＲ１、第２のサーキュレータＣＩＲ２、第１の伝送線路ＴＬ１、及び第２の伝送線路ＴＬ２を備えている。
【００３２】
送受信回路４０から出力される送信信号は第１のサーキュレータＣＩＲ１の第１のポートＰ１→第２のポートＰ２→第１の伝送線路ＴＬ１（（→パワーアンプＰＡ）→インダクタＬ１）→第２のサーキュレータＣＩＲ２の第１のポートＰ１→第２のポートＰ２→アンテナ２０の経路で伝搬する。また、アンテナ２０から出力される受信信号は第２のサーキュレータＣＩＲ２の第２のポートＰ２→第３のポートＰ３→第２の伝送線路ＴＬ２（→ローノイズアンプＬＮＡ）→第１のサーキュレータＣＩＲ１の第３のポートＰ３→第１のポートＰ１→送受信回路４０の経路で伝搬する。
【００３３】
この第３の実施形態も、第１の実施形態で図２に示した第１の高周波回路ＨＦＣ１及び第２の高周波回路ＨＦＣ２の具体例を示すものである。
図４（Ａ）の例では、第１の伝送線路ＴＬ１にインダクタＬ１が備えられていて、第２の伝送線路ＴＬ２にローノイズアンプＬＮＡが備えられている。図４（Ｂ）の例では、第１の伝送線路ＴＬ１にインダクタＬ１とパワーアンプＰＡが備えられていて、第２の伝送線路ＴＬ２にローノイズアンプＬＮＡが備えられている。
【００３４】
前記インダクタＬ１は、アンテナ２０に対する付加回路であり、このインダクタＬ１とアンテナ２０とによって送信アンテナとして作用する。すなわちインダクタＬ１はアンテナ２０の根元部に接続されたインダクタであり、アンテナ２０単独の場合よりアンテナの共振周波数を低下させる。一方、第２の伝送線路ＴＬ２にはインダクタが設けられていないので、アンテナ２０単独で受信アンテナとして作用する。
【００３５】
図５は、図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示したフロントエンド回路３３Ａ，３３Ｂを含めたアンテナのリターンロス特性を示す図である。受信周波数帯域Ｆｒｘはアンテナ２０単独で利得が得られている。送信周波数帯域Ｆｔｘはアンテナ２０とインダクタＬ１とによって利得が得られている。
【００３６】
このようにして第１の伝送線路ＴＬ１にアンテナ特性を定めるリアクタンス素子を備えることによって、送信アンテナとしての特性と受信アンテナとしての特性とを独立して定めることができる。同様に、第２の伝送線路ＴＬ２にアンテナ特性を定めるリアクタンス素子を備えることによっても、送信アンテナとしての特性と受信アンテナとしての特性とを独立して定めることができる。
なお、前記リアクタンス素子としてはインダクタ以外にキャパシタであってもよいし、インダクタとキャパシタとを組み合わせた回路であってもよい。
【００３７】
また、第２の伝送線路ＴＬ２側にローノイズアンプＬＮＡを設けず、第１の伝送線路ＴＬ１側にパワーアンプＰＡを設けてフロントエンド回路を構成してもよく、或いは、第２の伝送線路ＴＬ２側にローノイズアンプＬＮＡを設け、第１の伝送線路ＴＬ１側にパワーアンプＰＡを設けずにフロントエンド回路を構成してもよい。
【００３８】
《第４の実施形態》
第４の実施形態に係る、無線通信装置のフロントエンド回路について図６を参照して説明する。図６（Ａ）、図６（Ｂ）はそれぞれ第４の実施形態に係るフロントエンド回路を備えた無線通信装置のブロック図である。
【００３９】
図６（Ａ）に示される無線通信装置は、アンテナ２０、フロントエンド回路３４Ａ、及び送受信回路４０を備えている。図６（Ｂ）に示される無線通信装置は、アンテナ２０、フロントエンド回路３４Ｂ、及び送受信回路４０を備えている。フロントエンド回路３４Ａ，３４Ｂの何れも、第１のサーキュレータＣＩＲ１、第２のサーキュレータＣＩＲ２、第１の伝送線路ＴＬ１、及び第２の伝送線路ＴＬ２を備えている。
【００４０】
この第４の実施形態も、第１の実施形態で図２に示した第１の高周波回路ＨＦＣ１及び第２の高周波回路ＨＦＣ２の具体例を示すものである。
図６（Ａ）の例では、第１の伝送線路ＴＬ１にパワーアンプＰＡと線路ＳＬ１が備えられていて、第２の伝送線路ＴＬ２にローノイズアンプＬＮＡが備えられている。図６（Ｂ）の例では、第１の伝送線路ＴＬ１にパワーアンプＰＡが備えられていて、第２の伝送線路ＴＬ２に線路ＳＬ２とローノイズアンプＬＮＡが備えられている。
【００４１】
前記線路ＳＬ１は移相器として作用する。この線路ＳＬ１による移相量を定めることにより、送受信回路４０からパワーアンプＰＡを見たインピーダンスの位相を、受信系とは独立して最適化できる。
【００４２】
前記線路ＳＬ２も移相器として作用する。この線路ＳＬ２による移相量を定めることにより、アンテナ２０からローノイズアンプＬＮＡを見たインピーダンスの位相を、送信系とは独立して最適に定めることができる。
【００４３】
このようにして、送信系と受信系とが独立した整合回路を設けることができる。
なお、前記移相器は分布定数回路で構成されていてもよく、集中定数回路で構成されていてもよい。また、第２の伝送線路ＴＬ２側にローノイズアンプＬＮＡを設けず、第１の伝送線路ＴＬ１側にパワーアンプＰＡを設けてフロントエンド回路を構成してもよく、或いは、第２の伝送線路ＴＬ２側にローノイズアンプＬＮＡを設け、第１の伝送線路ＴＬ１側にパワーアンプＰＡを設けずにフロントエンド回路を構成してもよい。
【００４４】
《第５の実施形態》
第５の実施形態に係る、無線通信装置のフロントエンド回路について図７を参照して説明する。図７は第５の実施形態に係るフロントエンド回路を備えた無線通信装置のブロック図である。
【００４５】
図７に示される無線通信装置は、アンテナ２０、フロントエンド回路３５、及び送受信回路４０を備えている。フロントエンド回路３５は、第１のサーキュレータＣＩＲ１、第２のサーキュレータＣＩＲ２、第１の伝送線路ＴＬ１、及び第２の伝送線路ＴＬ２を備えている。
【００４６】
第１の伝送線路ＴＬ１にはパワーアンプＰＡが備えられていて、第２の伝送線路ＴＬ２にはＥＳＤ保護素子（静電気放電保護素子）ＥＳＤ１とローノイズアンプＬＮＡが備えられている。このＥＳＤ保護素子ＥＳＤ１は、帯電した導電性の物体（例えば人体）が主にアンテナ２０に接触して生じる静電気放電(electro-static discharge)に対して、ローノイズアンプＬＮＡを保護する。
【００４７】
この構成によって、送信系に影響を与えることなく（独立して）、受信系の回路を静電気放電から保護することができる。同様にして、第２の伝送線路ＴＬ２にＥＳＤ保護素子に替えてノイズ除去素子を設けることによって、例えば無線通信装置から輻射されるクロックノイズの影響を抑制して受信感度を改善できる。このようなノイズ除去素子についても、送信系に影響を与えることなく（独立して）、受信特性を改善できる。
【符号の説明】
【００４８】
ＣＩＲ１…第１のサーキュレータ
ＣＩＲ２…第２のサーキュレータ
ＥＳＤ１…ＥＳＤ保護素子
Ｆｒｘ…受信周波数帯域
Ｆｔｘ…送信周波数帯域
ＨＦＣ１…第１の高周波回路
ＨＦＣ２…第２の高周波回路
ＩＳＯ…アイソレータ
Ｌ１…インダクタ
ＬＮＡ…ローノイズアンプ
Ｐ１…第１のポート
Ｐ２…第２のポート
Ｐ３…第３のポート
ＰＡ…パワーアンプ
ＳＬ１，ＳＬ２…線路
ＴＬ１…第１の伝送線路
ＴＬ２…第２の伝送線路
２０…アンテナ
３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ…フロントエンド回路
３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ…フロントエンド回路
３３Ａ，３３Ｂ…フロントエンド回路
３４Ａ，３４Ｂ…フロントエンド回路
３５…フロントエンド回路
４０…送受信回路
【図１】
2011111259.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2011111259.tif 000007
【図６】
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【図７】
2011111259.tif 000009
【国際調査報告】
2011111259.tif 000010
2011111259.tif 000011
2011111259.tif 000012
2011111259.tif 000013